我国肥料的使用现状及新型肥料的发展

夏循峰，胡 宏

（1．贵州大学化学工程学院，贵州 贵阳550003；2．瓮福（集团）有限责任公司，贵州 福泉550501）

我国肥料的使用现状及新型肥料的发展

夏循峰1，胡 宏2

（1．贵州大学化学工程学院，贵州 贵阳550003；2．瓮福（集团）有限责任公司，贵州 福泉550501）

基于我国肥料的使用现状，对我国肥料使用存在的问题进行了分析，介绍了新型肥料的定义和分类，重点阐述了缓控释肥的概念，国内外研究进展，并展望了我国缓释／控释肥料的研究方向。

肥料；新型肥料；现状；发展

1 普通肥料的使用现状

化肥是农业可持续发展的物质保证，是粮食增产的物质基础。20世纪80年代，化肥的施用对我国粮食的增产的贡献率约为46．3%［1］，肥料的施用极大地促进了我国粮食的生产，但到20世纪90年代，在化肥投入直线增长的同时，粮食产量却徘徊不前，据统计，1996～2009年间，我国化肥使用量增长了41．2%，而粮食总产量却只增长了5．1%，不断增加的化肥投入并没有持续增加粮食的产量。出现这一现象的一个重要原因是化肥利用率降低导致增产效应下降。

现代农业以低投入、高产出、高效率和可持续发展为特征。而与此密切相关的化肥工业更是现代农业生产和发展的重要物质基础。研究表明，我国当季氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥约为10%～25%，钾肥为35%～50%［2～4］。我国化肥当季利用率平均为30%，不仅远远低于欧美发达国家水平60%～70%的水平，且近年来还有下降的趋势，以氮肥为例，20世纪90年代利用率平均约为35%，现今已降至27%左右。

化肥有效成分的流失，一是造成的损失惊人，每年折合人民币高达1000多亿元，相当于全年1000多家化肥的产量白白倒进地里［5］；二是严重污染环境，主要包括水体面源污染、土壤污染、大气污染以及农产品品质下降。农田当季未回收的氮素50%～60%进入水体、大气，据估计，流入河、湖中的氮素约有60%来自化肥，直接导致水体富营养化，引起藻类疯长、水质恶化、水生生物的死亡；残留在农田中，致使土壤板结变硬，有害物质严重超标；渗入地下，造成地下水大面积硝态氮超标。2010年农业源总氮排放2704．6kt，占排放总量的57．2%；农业源总磷排放284．7kt，占排放总磷的67．3%（第一次全国污染源普查公报，2010年）。我国化肥利用率及变化情况见表1。

表1 我国化肥利用率及变化情况

2 我国化肥工业近况

我国肥料工业特别是改革开放30年以来，发展十分迅速。国家统计局公布的数据显示，2010年，我国化肥总产量达到66．198Mt（折纯），同比增长2．52%， 其中 氮 肥45．211Mt（N）、 磷肥17．014Mt（P2O5）、钾肥3．960Mt（K2O）。 氮肥、磷肥均已自给有余，钾肥由于国内钾源匮乏，依赖进口使供给率达到60%左右。据“十二五”钾肥规划，通过5年努力，到2015年国内加境外生产的自给率达到80%以上。

我国已经成为化肥大国，但不是化肥强国。虽然在传统化肥品种方面与世界无大差距，但化肥利用率低，特别是氮肥，比国际水平低30%，每年造成上百亿元的经济损失和环境的严重污染［7］。

现在的化肥市场主要以全溶、速溶、速散的化肥品种为主，加剧了肥料的浪费和流失。常用的速效肥料肥效期短，在生产上必须通过多次追肥，才能满足作物整个发育期对养分的需求，这不仅费工，增加施肥成本，而且追肥时，表施肥料损失量大，明显降低肥效，难以发挥肥料的增产效应。

3 新型肥料的定义

新型肥料是指选用新材料、采用新方法或新工艺制备的具有新功能的肥料［6］。目前新型肥料还没有完善的分类体系，按照新型肥料的组成和性质，新型肥料可分为4大类，分别为：缓／控释肥料、商品有机肥料、生物肥料、多功能肥料。我国新型肥料的发展进程见图1。

图1 我国新型肥料的发展进程

4 缓控释肥的研究进展

4．1 缓控释肥的定义

国际肥料协会对缓释和控释的定义为：缓释和控释肥料是那些所含养分形式在施肥后能缓慢被作物吸收与利用的肥料；所含养分比速效肥（例如硝铵、尿素、氯化钾）更长效的肥料。美国作物营养协会（AAPFCO）对缓释和控制释放肥料的定义为：所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料［8］。

4．2 缓控释肥评判标准

欧洲标准委员会（CEN）对缓／控释肥料所作的规定为：在25℃水浸提的条件下，肥料养分的释放要符合以下条件：肥料中的养分在24h内的释放率不超过15%，在28d之内的养分释放率不超过75%；在标明的释放期内，至少有75%的养分释放出来［9~11］。

2007 年，由国家化肥质量监督检验中心（上海）与亚洲最大的缓控释肥生产企业山东金正大集团共同起草、国家发展改革委批准的《缓控释肥料》行业标准正式施行。根据该标准的规定，在温度25℃时，（1）肥料中的有效养分在24h内的释放率不大于15%：（2）在28d内的养分释放率不超过75%；（3）在规定时间内，养分释放率不低于80%。

4．3 缓控释肥的研究进展

4．3．1 国外研究进展

在20世纪30～40年代，各种含氮有机化合物（化合成缓释氮素产品，如CDU、IBDU、UF）在欧洲和美国得到了长足发展，之后的60、70年代，对颗粒肥料进行包裹形成包囊肥料 （包膜肥料）的技术开始广泛兴起，一般认为1961年美国的TVA研制成功的硫衣尿素是包膜肥料研究的开端，但由于硫磺抗水性不够，缓释效果不是十分理想，采用沥青或石蜡进行二次包膜，增强了膜的抗水性，提高了缓释性能，经过近30年的研究于20世纪60年代才形成具有一定规模的生产能力。Boller和Graver在1961年申请了主张使用环氧／聚酯系统树脂包膜复合肥料的专利，专利申请者是美国的ADM公司，Sierra Chemical Company采用这些专利，注册商标名称为“OsmocoteTM”并很快变为 “The Foundation for Plant NutritionTM”的控释肥料，“OsmocoteTM”的商标于1993年被美国The Scotts Miracle-Gro Company购买。Stansbury等人在1964年申请的专利中描述了使用沥青和微晶石蜡（23wt%）和CaCO3包裹（NH4）2SO4而成的缓释肥料。1966年美国杜邦公司提出用甲醛气体与尿素在酸性催化剂的作用下缩合，制备脲甲醛包膜尿素。1967年美国在加利福尼亚生产的醇酸树脂包膜肥料（Osmocote），醇酸树脂包膜肥料是双环戊二烯和甘油酯的共聚物，养分的释放可以通过改变膜的成分或膜的厚度来控制。1974年日本窒素公司在美国申请的专利中详细介绍了生产聚烯烃包衣肥料的方法，并开发了商品名称为 “MeisterTM”的控释肥料，1987年Moor发明了“耐磨控释肥料”的方法，他们利用水溶性的含氨基的肥料作为核心，利用氨基的亲核作用和一些含亲电基团的化合物反应结合，形成聚合物包膜层。1988年以色列的Blank使用一些高粘性不饱和油和低粘性不饱和油，用转动盘设备进行反应交接成膜。随后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纤维素为主要材料开发可降解膜；1992年美国的Thompson等人使用氯化聚偏二乙烯橡胶作为主要包膜材料，并开发为现在的“OsmocateTM”的控释肥料。Detrick于1993年、1994年和1999年开发了使用聚合二甘醇3，4-三乙酸胺多元等聚合物或化合物包裹硫衣尿素的方法和设备，使用这些技术生产的控释肥料包括 “PolyonTM”和“TriKoteTM”等品牌。Goertz等人2000年的专利中描述了二环戊二烯同一些醇酸树脂 （比如亚麻油、大豆油）聚合成膜生产树脂包膜肥料的方法。2001年日本Hirano等人通过在聚乙烯材料中添加填充剂的办法，发明了具有“S”型释放特性的热塑性聚烯烃包膜尿素的生产方法，该研究成果标志着聚合物包膜肥料技术迈上了一个新的台阶。2000年Geiger等人利用多元醇与肥料氮素中的氨基结合，然后用异氰酸盐与多元醇反应成膜，之后包裹有机蜡，这样的方法使包膜肥料的生产成本大大降低，使得包膜肥料的大量应用成为可能，该专利由Agrium所有，该公司开发的“ESNTM”是使用这项技术生产的。

4．3．2 国内研究进展

我国缓控释肥料的探索阶段处于20世纪60年代至“十五”计划以前。我国在1971年研制出脲甲醛肥料UF。1974年由中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作率先以钙镁磷肥、石蜡、沥青包膜碳铵为原料研制成长效包膜碳酸氢铵，研究表明，施用长效包膜碳酸氢铵可使水稻氮素利用率达74%，小麦达63%，分别优于日本的硫衣尿素（SCU）和异丁叉二脲（IBDu）。1985年郑州大学工学院许秀成等人利用钙镁磷肥包裹尿素，以氮磷泥浆为粘结剂，制得具有适度缓效的包裹型复合肥料。1985年北京市园科所与化工所共同开发酚醛树脂包膜颗粒复合肥料。1991年孙以中提出了用部分酸化的磷矿粉作为包裹材料的新思路。1993年北京化工大学研制出将废旧泡沫塑料溶解在有机苯溶剂中，再加入无机填充物，制成有机高分子聚合物包膜复合肥料。2004年，兰州大学研究了吸水保水性缓释肥料的制备，以丙烯酸、丙烯酰胺为主要原料，凹凸棒土、高岭土和腐植酸为添加材料合成而成。我国缓释肥料的发展概况见表2。

表2 我国缓释肥料的发展概况

缓释肥料从20世纪70年代开始，到今天经历了探索起步 （20世纪80年代）、初步发展（20世纪90年代）和快速发展（2000年以来）三个阶段。

图22009 年我国缓释肥料的产能（万t）

图32009 年我国缓释肥料的产量（70万t）

4．4 缓控释肥的发展方向

虽然缓控释肥目前还存在着一些问题，但是其突出的优点必将使其成为未来肥料发展的主流，今后缓控释肥的发展研究方向主要有：

（1）缓控释肥需要特殊的材料和制造工艺，故成本较高，一般相当于普通化肥价格的2～8倍，使得大部分包膜肥料只应用于经济价值高的花卉、蔬菜、草莓、草坪等生产中。为降低成本促进其推广应用［12~14］，研究开发廉价高效的包膜材料和简单易行的生产工艺是未来的首要目标。

（2）缓控释肥目前所用的包膜材料在土壤中难以降解［15］，对环境会造成一定的影响，开发出环保易降解的包膜材料是缓控释肥未来需要重点研究的方向。

（3）目前已有很多人研究了缓控释肥料的营养释放机理，今后要把研究重点转移到释放机理和作物吸收的特性相互联系及匹配上来。

（4）缓释肥料是一种实用型的新型肥料技术，仅靠科研单位的研究是无法使之成熟的，政府可以加大对新型缓控释肥料的宣传推广力度，通过鼓励免费试用，经济税收等方法和手段，推动缓控释肥料的推广应用，加快我国肥料领域的快速变革。

5 结论

长期以来，我国肥料利用率低，养分流失严重，造成巨大的经济损失并对环境造成了严重的污染，通过研究开发新型肥料，特别是缓控释肥料，可以有效解决上述问题。虽然缓控释肥目前还存在材料、制造工艺、产业化等方面的问题，但是由于其突出的优势，以及未来对资源利用更充分，对环境更友好的要求，以缓控释肥为代表的新型肥料拥有广阔的发展空间，也必将成为未来肥料的主流。

［1］ 彭琳．中国化肥施用粮食生产的进程、前景与布局［J］．农业现代化研究，2000，21（1）：14-18．

［2］ 杜昌文，周建民．控释肥料的研制及其进展［J］．土壤，2002，（3）：127-133．

［3］ 张民，杨越超，宋付鹏．包膜控释肥料研究与产业化开发［J］．化肥工业，2005，32（2）：7-13．

［4］Xu X C，Li D P，Wang H B．Fertilizers of the future［J］．Fertilizerinternational，1999，369：31-32．

［5］ 邢文英．我国肥料使用中存在的主要问题及对策［A］．迈向21世纪的土壤科学（综合卷）［C］．1999（10）：32-35．

［6］ 张夫道．新型肥料的研究现状与展望［A］．全国新型肥料技术研讨会论文集 ［C］．北京：中国农业出版社，2005，166-173．

［7］ 吕殿青，同延安，孙本华．氮肥施用对环境污染影响的研究［J］．植物营养与肥料学报，1998，4（1）：8-l5．

［8］ 翟军海，高亚军．控释，缓释肥料研究概述［J］．干旱地区农业研究，2002，20（1）：45-48．

［9］TRENKEL M E．Controlled-release and stabilized fertilized in agriculture［M］．International Fertilizer Industry Association，1997（11）：11-14．

［10］ 李卫牛，陈超，等．缓／控释肥的最新研究动态及其展望［J］．水土保持研究，2008，15（6）：265．

［11］TRENKEL M E．农业生产中的控释与稳定肥料［M］．石元亮，等，译．北京：中国科技出版社，2002．4-6．

［12］ 索东让，王平．长效尿索对玉米的肥效试验［J］．磷肥与复肥，2003，18（2）：51．

［13］ 巨晓棠，刘学军，邹国元，等．冬小麦／夏玉米轮作体系中氮素的损失途径分析 ［J］．中国农业科学，2002，35（12）：1493-1499．

［14］ 郑圣先，聂军．缓／控释肥料提高氮素利用率的作用及对水稻效应的研究 ［J］．植物营养与肥料学报，2001，7（1）：11-16．

［15］ 山田文雄．缓释肥料的评价标准探讨［J］．肥料（日本），1994，3（67）：16-19．

Utilization Present Situation of Fertilizers in China and New Type of Fertilizers

XIA Xun-feng1，HU Hong2
（1．College of Chemistry and Chemical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China；2．Wengfu（Group）Co．，Ltd．，Fuquan 550501 China）

In view of the present situation of utilization of fertilizers in China，the problems existing in utilization of fertilizers was analysed，the kinds of new fertilizers were introduced and the progress of dynamics of domestic and foreign research was focused on．Meanwhile，the prospects were given for the development of slow／controled release fertilizers in China．

fertilizer；new fertilizer；present situation；development

TQ 44

文章编号:1671-9905（2011）11-0045-04

夏循峰（1986-），男，湖南岳阳人，在读硕士研究生，主要从事精细化工和废弃物资源化利用等方面的研究，联系方式：15286042308，edward8689＠163．com

2011-07-08